DE10152092B4 - Kurbelwelle und Herstellungsverfahren für diese - Google Patents

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Abstract

Aus Stahl bestehende Kurbelwelle, umfassend einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt (5) an einem ihrer Enden in der axialen Richtung, wobei die Kurbelwelle (10) durch Warmschmieden eines Materials (10A) verdichtet ist und eine Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts (5) durch Abschrecken vor einem Luftabkühlverfahren gehärtet ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwelle in einem Motor und insbesondere betrifft sie eine Technologie zur Härtung eines Öldichtungsbefestigungsabschnitts, der ein Dichtungsabschnitt eines Kurbelgehäuses ist.
  • Im Allgemeinen wird eine Kurbelwelle in einem Motor für ein Kraftfahrzeug hergestellt, indem als Material ein Kohlenstoffstahl für eine Maschinenbauanwendung verwendet wird, ein Pressling durch Warmschmieden des Materials ausgebildet wird und zur Ausbildung eines Kurbelzapfens, eines Wellenzapfens, eines Flansches, eines Ölgangs usw. bearbeitet wird. Eine hoher Dauerfestigkeit ist über die gesamte Kurbelwelle notwendig, da die Kurbelwelle eine Explosionskraft des Verbrennungsmotors oder ihre Rotationsinertialkraft aufnimmt. Bisher wurde eine Perlitstruktur mit einer hohen Festigkeit durch Abschrecken eines Presslings nach dem Warmschmieden ausgebildet und die Härte wurde auf diese Weise erhöht, um diese Eigenschaften zu erzielen. Bezüglich des Kurbelzapfens oder des Wellenzapfens, in den sehr hohe Belastungen auftreten, kann deren Oberfläche durch Hochfrequenzhärten usw. gehärtet werden.
  • Ein Flansch, welcher im Allgemeinen mit einem Schwungrad verbunden ist, ist einheitlich an einem Ende der obigen Kurbelwelle ausgebildet und eine Öldichtung, welche ein Auslaufen von Schmieröl aus dem Inneren des Motorblocks verhindert, ist an der Umfangsfläche der Flansches angebracht. Da jedoch das Schmieröl, das den Dichtabschnitt dieser Öldichtung erreicht, kaum strömt, werden die Fremdteilchen, welche das Schmieröl verunreinigen, leicht an diesem Abschnitt angesammelt und es besteht eine Gefahr, dass die Umfangsfläche des Flansches durch eine Ansammlung von Teilchen abgenutzt wird und Abdichteigenschaften auf diese Weise verschlechtert werden. Als Fremdteilchen kann eine Schlammablagerung, die hauptsächlich aus C besteht, der durch Verbrennung in dem Motor ausgebildet wird, durch Abrieb erzeugte Teilchen, wie z.B. Fe, Cu usw., die in jedem einem Verschleiß unterliegenden Abschnitt des Motors ausgebildet werden, und Teilchen, wie z.B. SiO2, Fe2O3, Al2O3 usw., die im Straßenstaub enthalten sind, angeführt werden. Von diesen besitzt Al2O3 (Aluminiumoxid) eine hohe Härte (die Härte von α -Aluminiumoxid beträgt etwa 2000 Hv) und daher ist eine so hohe Verschleißfestigkeit an der Umfangsfläche des Flansches notwendig, dass sie selbst durch dieses Aluminiumoxid kaum abgenutzt wird. Somit dient ein Verfahren zur Erhöhung der Härte der obigen gesamten Kurbelwelle als ein Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Flansches.
  • Durch das obige Abschreck- und Härtungsverfahren wird die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle verbessert und zusätzlich wird auch eine höhere Verschleißfestigkeit des Flansches erzielt. Jedoch wird die Bearbeitbarkeit der Kurbelwelle ungewöhnlich verschlechtert, wenn sie als Ganzes gehärtet wird. Daher ist eine Bearbeitung, wie z.B. ein Ausbilden eines Kurbelzapfens oder eines Wellenzapfens, Ausbilden eines Ölgangs an einem Kurbelzapfen oder Wellenzapfen usw. schwierig durchzuführen und das Verfahren hat Nachteile in der Produktivität.
  • Aus der DE 23 50 370 A1 ist es bekannt, Schmiedeteile aus Stahl, insbesondere Kurbelwellen für einen Kraftfahrzeugmotor aus Kohlenstoffstahl zu schmieden und nach dem Schmieden normalzuglühen. Zur Erzielung einer höheren Streckgrenze ist es aus dieser Druckschrift auch bekannt, das Schmiedeteil nach dem Erkalten zu vergüten, also auf eine Austenitisierungstemperatur von 860 bis 880°C zu erhitzen, in Öl oder Wasser abzuschrecken und auf eine gewünschte Festigkeit anzulassen.
  • Aus der GB 1219364 ist es bekannt, eine Lageroberfläche einer Kurbelwelle durch Induktion zu erhitzen und danach mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium abzuschrecken, um diese Oberfläche zu härten.
  • Die US 1489682 offenbart ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kurbelwelle, bei dem die Gegengewichte einer Kurbelwelle im Gegensatz zum Rest der Kurbelwelle nicht gehärtet werden, da diese Gegengewichte keiner wesentlichen Belastung ausgesetzt sind und in einem ungehärteten Zustand leichter zu bearbeiten sind, was erreicht wird, indem die Gegengewichte vor dem Abschrecken der gesamten Kurbelwelle einem Luftkühlverfahren unterzogen werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurbelwelle bereitzustellen, die sowohl eine bessere Bearbeitbarkeit zeigt, so dass leicht ein Kurbelzapfen, ein Wellenzapfen, eine Ölbohrung usw. ausgebildet werden kann, als auch eine hohe Verschleißfestigkeit an einem Öldichtungsbefestigungsabschnitt, wie z.B. dem obigen Flansch, zeigt und ein Herstellungsverfahren für diese bereitzustellen.
  • Eine Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung besteht aus Stahl und umfasst einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt an einem ihrer Enden in der axialen Richtung, wobei die Kurbelwelle durch Warmschmieden des Materials verdichtet ist und eine Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts durch Abschrecken vor einem Luftabkühlverfahren gehärtet ist. Das Abschrecken in der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von einer üblichen Härtung zur Durchführung einer Martensitumwandlung und bezieht sich auf eine gesteuerte/geregelte Abkühlung zur Ausbildung einer wesentlichen Perlitstruktur. In dem Fall, in welchem die Wirkung dieser gesteuerten/geregelten Abkühlung ausreichend demonstriert ist, ist es bevorzugt, dass das Material der Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung S40C oder ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt mit einem ähnlichen Kohlenstoffgehalt wie S40C ist.
  • Ein Herstellungsverfahren für eine Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum geeigneten Herstellen der obigen Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung und ist ein Herstellungsverfahren für eine Kurbelwelle, die an einem ihrer Enden in der axialen Richtung einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt umfasst, umfassend: Verdichten eines aus Stahl bestehenden Materials in einer speziellen Form durch Warmschmieden, um einen Pressling auszubilden, Härten einer Oberflächenschicht des Presslings durch Luftkühlen des Presslings und durch Abschrecken des Öldichtungsbefestigungsabschnitts vor dem Luftkühlen des Presslings und Bearbeiten des Presslings.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem Luftkühlungsverfahren für die durch Warmschmieden ausgebildete Kurbelwelle nur der Öldichtungsbefestigungsabschnitt abgeschreckt und dessen Oberfläche gehärtet und daher wird die Härte des Hauptteils, ausgenommen des Öldichtungsbefestigungsabschnitts (Hauptteil, umfassend Wellenzapfen, Kurbelzapfen, Arme, Ausgleichsgewichte usw.), unterdrückt, und ist niedrig. Das Material wird während des Warmschmiedens in eine Austenitstruktur durch Erwärmung transformiert und Kohlenstoff wird in der Austenitstruktur dispergiert. Der Hauptteil, welcher luftgekühlt wird, d.h. nach dem Warmschmieden angelassen wird, wird in eine gemischte Struktur aus Ferrit und Perlit transformiert, welche relativ weich ist und eine hohe Bearbeitbarkeit besitzt, da deren Kühlgeschwindigkeit niedrig ist und Kohlenstoff in dem Austenit ausreichend verteilt ist. Dieser Hauptteil ist relativ weich, da viel Ferrit in der Materialstruktur vorkommt und das Perlit-Flächenverhältnis klein ist. Im Gegensatz dazu wird in der Oberflächenschicht des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts, da das Abkühlen rasch erfolgt, die Diffusion des Kohlenstoffs unterdrückt und eine Transformation beendet, während das Ferrit kaum gewachsen ist. Daher wird das Perlit-Flächenverhältnis erhöht und die Oberflächenschicht wird entsprechend gehärtet.
  • Hier liegt im Härtevergleich von durch gängiges Härten ausgebildetem Martensit zu dem obigen Perlit beispielsweise im Falle eines S40C entsprechenden Stahls mit mittleren Kohlenstoffgehalt die Härte des Martensits bei etwa 600 Hv und die des Perlits bei etwa 250 Hv. Es ist anzunehmen, dass das gehärtete Material eine höhere Verschleißfestigkeit besitzt als das angelassene Material, da das Martensit härter als das Perlit ist, soweit es die Härte betrifft. Jedoch besitzt in dem Fall, in dem das Perlit-Flächenverhältnis groß ist, das Perlit tatsächlich eine höhere Verschleißfestigkeit als das Martensit, da von Ferrit und von Zementit, welche Perlit bilden, das Zementit eine Härte von etwa 1500 Hv besitzt und bemerkenswert hart ist. Daher besitzt der abgeschreckte Öldichtungsbefestigungsabschnitt, wie in der vorliegenden Erfindung gezeigt, eine höhere Verschleißfestigkeit wie in dem Fall, in welchem das Härtungsverfahren durchgeführt wird, da das Zementit vor Verschleiß durch Fremdteilchen mit einer höheren Härte, wie z.B. Aluminiumoxid, usw. wirksam geschützt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine überlegene Bearbeitbarkeit erhalten, da der Hauptteil mit Ausnahme des Öldichtungsbefestigungsabschnitts weich ist und ein Ölgang usw. auf diese Weise leicht ausgebildet wird. Da der Hauptteil eine geringere Dauerfestigkeit besitzt, wenn er weich ist, kann die Dauerfestigkeit des Hauptteils durch ein Oberflächenhärtungsverfahren, wie z.B. Nitrieren, Weichnitrieren usw., nach der Durchführung des Bearbeitungsverfahrens verbessert werden. Im Gegensatz dazu wird die Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts gehärtet und besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit und ein Verschleiß infolge von Fremdteilchen, die das Schmieröl verunreinigen, wird in dem Zustand, in welchem er in einen Motorblock eingesetzt ist, unterdrückt und die Abdichteigenschaft wird über einen langen Zeitraum beibehalten.
  • Obwohl die Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung eine Metallstruktur besitzt, die hauptsächlich Perlit und Ferrit durch Abkühlen von Austenit nach dem Warmschmieden umfasst, ist es erwünscht, dass das Perlit-Flächenverhältnis, welches zum Härten beiträgt, an der Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts, in welchem eine hohe Härte verlangt wird, groß ist. Daher ist es in der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass die gesamte Kurbelwelle eine Metallstruktur besitzt, die hauptsächlich Ferrit und Perlit umfasst und dass das Perlit-Flächenverhältnis der Oberflächenschicht des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts größer als das der anderen Abschnitte ist. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass das Perlitflächenverhältnis der Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts auf 75 bis 100 % gesteuert/geregelt wird, da eine hohe Verschleißfestigkeit erhalten wird. Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass das Perlit-Flächenverhältnis von anderen Abschnitten auf 40 bis 60 % gesteuert/geregelt wird, da eine überlegene Bearbeitbarkeit entfaltet wird.
  • Das obige Perlit-Flächenverhältnis hängt hauptsächlich von der Abkühlgeschwindigkeit in einem nach dem Warmschmieden durchgeführten Abkühlverfahren ab. Daher ist es zur Steuerung/Regelung des Perlit-Flächenverhältnisses der Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts auf 75 bis 100 %, wie oben beschrieben, vorzuziehen, dass die Abkühlgeschwindigkeit in einem Abschreckverfahren 5 bis 80 °C/Sekunde beträgt. Zusätzlich ist es zur Steuerung/Regelung des Perlit-Flächenverhältnisses von anderen Abschnitten auf 40 bis 60 %, wie oben beschrieben, vorzuziehen, dass die Abkühlgeschwindigkeit in einem Luftabkühlverfahren 0,1 bis 1,5 °C/Sekunde beträgt.
  • Bei dem obigen Öldichtungsbefestigungsabschnitt wird dessen Oberflächenschicht abgeschreckt und dessen Innenseite wird nicht abgeschreckt und wird in derselben Weise wie der Hauptteil angelassen, da die Wärme des luftzukühlenden Hauptteils besser zur Innenseite als zur Oberflächenschicht übertragen wird. Daher besteht die Innenseite des Öldichtungsbefestigungsabschnitts aus einer weichen Struktur mit einem niedrigen Perlitflächenverhältnis und besitzt eine überlegene Bearbeitbarkeit.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Vorderansicht einer Kurbelwelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt ein Abkühlverfahren einer Kurbelwelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine Mikrofotografie einer Metallstruktur an einer Oberflächenschicht eines Flansches in einer Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;.
  • 4 zeigt eine Mikrofotografie einer Metallstruktur an einer Oberflächenschicht eines Hauptteils in einer Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt die Beziehungen zwischen dem Abstand von der Oberfläche eines Flansches und dessen Härte in Bezug auf eine Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 zeigt die Ergebnisse des Verschleißversuchs in Bezug auf ein Beispiel und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
  • 1 zeigt eine Kurbelwelle für einen Vierzylindermotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kurbelwelle 10 umfasst Wellenzapfen 1a, 1b, 1c, 1d und 1e, die drehbar in einem Motorblock gelagert sind; Kurbelzapfen 2a, 2b, 2c und 2d, die mit Pleuelstangen verbunden sind; Armpaare 3a, 3b, 3c und 3d zum jeweiligen Verbinden der Wellenzapfen 1a bis 1e und der Kurbelzapfen 2a bis 2d; und Ausgleichsgewichtspaare 4a, 4b, 4c und 4d, die jeweils mit den Armen 3a bis 3d verbunden sind. Ein Flansch (Öldichtungsbefestigungsabschnitt) 5 ist an dem Wellenzapfen 1e an einem Ende (dem rechten Ende in 1) der Kurbelwelle 10 einheitlich ausgebildet und eine Befestigungswelle 6 ist an dem Wellenzapfen 1a an deren anderen Ende einheitlich ausgebildet. Ein Schwungrad ist an einer Seitenfläche des Flansches 5 durch Bolzen befestigt. Eine Kurbelwellenriemenscheibe für einen Zusatzantrieb ist an der Befestigungswelle 6 angebracht. Eine Öldichtung, die verhindert, dass Schmieröl aus einem Motorblock ausläuft, wenn die Kurbelwelle 10 in den Motorblock eingesetzt ist, ist an der Umfangsfläche des Flansches 5 angebracht. In 1 bezeichnet die Bezugszahl 7 einen Ölgang, um Gleitflächen der Kurbelzapfen 2a bis 2d und der Wellenzapfen 1a bis 1e durch einen Schmierölfluss reibungslos zu bewegen.
  • Die obige Kurbelwelle 10 besteht aus Kohlenstoffstahl für eine Maschinenbauanwendung (beispielsweise S40C-Stahl) und die Oberflächenschicht des Flansches 5 wird durch Abschrecken lediglich des Flansches 5 gehärtet, nachdem er durch Warmschmieden des Kohlenstoffstahls ausgebildet wurde. Im Gegensatz dazu wird der Hauptteil, mit Ausnahme des Flansches 5 (ein Hauptteil umfasst die Wellenzapfen 1a bis 1e, die Kurbelzapfen 2a bis 2d, die Arme 3a bis 3d, die Ausgleichsgewichte 4a bis 4d usw.), durch Luftabkühlung angelassen (langsames Abkühlen), und daher wird dessen Härte entsprechend unterdrückt, so dass sie niedrig ist. Die spezifische Härte der Oberflächenschicht des Flansches 5 liegt bei etwa 250 Hv und die der Oberflächenschicht des Hauptteils liegt bei etwa 180 Hv.
  • Da die Abkühlung in dem obigen Hauptteil langsam erfolgt, wird der Kohlenstoff in dem Austenit während des Warmschmiedens ausreichend verteilt und eine Mischstruktur aus Ferrit und Perlit wird ausgebildet, die relativ weich und überlegen bearbeitbar ist. In diesem Hauptteil erscheint viel Ferrit an der Austenitkorngrenze als einem Startpunkt und dessen Perlitflächenverhältnis ist niedriger und daher wird dessen Härte verhältnismäßig verringert. Im Gegensatz dazu wird an der Oberflächenschicht des Flansches 5, der abgeschreckt wird eine Dispersion von Kohlenstoff unterdrückt, fast kein Ferrit ausgebildet und die Transformation beendet, da das Abkühlen rasch erfolgt. Daher wird das Perlitflächenverhältnis erhöht und seine Härte wird entsprechend erhöht. Das Perlitflächenverhältnis an der Oberflächenschicht des Flansches 5 beträgt vorzugsweise 75 bis 100% und das Perlitflächenverhältnis an dem Hauptteil beträgt vorzugsweise 40 bis 60%.
  • Während eines Herstellungsverfahrens für die obige Kurbelwelle 10 wird zuerst ein Material 10A in der Form der Kurbelwelle 10 durch Warmschmieden ausgebildet, wie in 2 gezeigt ist. Die Temperatur des Materials nach dem Warmschmieden beträgt beispielsweise etwa 1 100 ° C. Dann wird der Flansch 5, in welchem die Temperatur nach dem Warmschmieden gehalten wird, in ein Öl in einem Ölabkühltank 20 eingetaucht und wird durch Ölabkühlung abgeschreckt. Der Hauptteil 8 mit Ausnahme des Flansches 5 wird durch Luftkühlung angelassen (langsames Abkühlen). Dabei ist es notwendig, dass die Abschreckstarttemperatur eine A3-Transforma tionstemperatur oder höher ist. Der Flansch 5 wird aus dem Ölabkühltank 2b hochgezogen, wenn das Perlit-Flächenverhältnis an der Oberflächenschicht des Flansches 5 75 bis 100 % beträgt und dann wird die gesamte Kurbelwelle 10 durch Luftabkühlung abgekühlt. Daher wird der Hauptteil 8 angelassen und zusätzlich wird die Innenseite des Flansches 5 in derselben Weise wie der Hauptteil 8 angelassen, da zu diesem Zeitpunkt die Wärme mehr zur Innenseite des Flansches als zu dessen Oberfläche übertragen wird.
  • Nach dem obigen Abkühlen wird der obige Ölgang 7 ausgebildet und ein Bolzenloch zum Befestigen eines Schwungrads wird an der Endfläche des Flansches 5 ausgebildet. Da der Hauptteil 8, in dem der Ölgang 7 ausgebildet wird, erweicht ist, wie oben beschrieben, ist die Bearbeitbarkeit, mit der der Ölgang ausgebildet wird, überlegen. Das Bolzenloch wird relativ einfach ausgebildet, da die Innenseite des Flansches 5 in derselben Weise wie das Hauptteil 8 weichgemacht ist, obwohl dessen Oberflächenschicht gehärtet ist. Nach der Durchführung der Bearbeitung, wie oben beschrieben, wird die Oberfläche der gesamten Kurbelwelle 10 durch Nitrieren oder Weichnitrieren gehärtet und die Dauerfestigkeit des Hauptteils 8 verbessert.
  • Beispiele
  • Nachfolgend werden Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Herstellung der Kurbelwelle des Beispiels
  • Ein Material, das aus einem S40C entsprechenden Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt für eine Maschinenbauanwendung besteht, wurde auf 1250 °C aufgeheizt und eine Kurbelwelle wurde in derselben Form wie der in 1 gezeigten durch Warmschmieden des Materials verdichtet. Die Temperatur der Kurbelwelle nach dem Warmschmieden betrug 1100 °C. Als Nächstes wurde ein Flansch des Presslings, der auf der Temperatur nach dem Warmschmieden gehalten wurde, in Öl in einem Ölabkühltank getaucht und abgeschreckt und der Hauptteil des Presslings, mit Ausnahme des Flansches, wurde durch Luft abgekühlt. Als eine Bedingung für das Ölabkühlen beträgt die Öltemperatur Raumtemperatur bis 50 °C und die Abkühlrate beträgt 4 bis 20 °C/Sekunde. Die Temperatur des vierten Wellenzapfens wurde unter Verwendung eines thermoelektrischen Thermometers beobachtet, der Flansch wurde aus dem Ölkühltank hochgezogen, wenn die Temperatur den Bereich von 800 bis 1000 °C erreichte und demgemäß wurde eine Kurbelwelle des Beispiels hergestellt.
  • Jede Oberflächenhärte des Flansches und des Hauptteils mit Ausnahme des Flansches in der Kurbelwelle wurde gemessen und die Metallstrukturen davon wurden unter Verwendung eines Mikroskops festgestellt. Eine Mikrofotografie der Metallstruktur des Flansches ist in 3 gezeigt und eine Mikrofotografie der Metallstruktur des Hauptteils wurde in 4 gezeigt. Beide Mikrofotografien sind 100-fache Vergrößerungen. Die Oberflächenhärte des Hauptteils betrug 180 Hv und die Oberflächenhärte des Flansches betrug 240, da der Flansch durch Abschrecken gehärtet wurde und dessen Verschleißfestigkeit auf diese Weise verbessert wurde. In der Metallstruktur des Flansches betrug das Perlit (dunkelgrau)-Flächenverhältnis etwa 95 %. Es wurde angenommen, dass der Kohlenstoff kaum verteilt war und der Ferrit (weißer Teil) nicht gewachsen war, da die Abkühlgeschwindigkeit hoch war. Im Gegensatz dazu betrug das Perlit-Flächenverhältnis in der Metallstruktur des Hauptteils etwa 50 %. Es wurde angenommen, dass der Kohlenstoff ausreichend verteilt war und sich viel Ferrit in der Metallstruktur davon zeigte, da das Abkühlen langsam erfolgte.
  • Härte der Oberfläche oder Innenseite
  • Bezüglich der Oberfläche des Flansches in der Kurbelwelle des obigen Beispiels wurde jeweils die Härte eines Abschnitts, der von der Oberfläche zu einer Tiefe von 2 mm reicht (Bereich A), eines Abschnitts in der Tiefe von 2 bis 5 mm (Bereich B) und eines Abschnitts in der Tiefe von 5 mm oder mehr (Bereich C), gemessen. Die Messung wurde an zwei oder mehreren Punkten in jedem Abschnitt durchgeführt und die Ergebnisse sind in 5 gezeigt. Zusätzlich wurden die Perlit-Flächenverhältnisse in der Metallstruktur von jedem Abschnitt gemessen. Die Folge war, dass sie 90 % oder mehr an den Punkten in dem Bereich A betrug, 50 bis 90 % an den Punkten im Bereich B betrug und etwa 50 % an den Punkten im Bereich C betrug. Wie es aus 5 ersichtlich ist, betrug die Härte etwa 240 Hv an der Oberfläche oder den Punkten im Bereich A, der von der Oberfläche zu einer Tiefe von 2 mm reicht (Oberflächenschicht), sie verringerte sich, wenn die Tiefe 2 mm überschritt und sie betrug 180 Hv bei einer Tiefe von 5 mm oder mehr. Im Bereich C wird die Abkühlgeschwindigkeit nicht sehr erhöht, selbst wenn der Flansch durch Öl abgeschreckt wird, und es wurde angenommen, dass die Wärme des Hauptteils, mit Ausnahme des Flansches, zum Flansch übertragen wurde und der Flansch in derselben Weise wie der Hauptteil angelassen wurde, wenn die gesamte Kurbelwelle durch Luft nach dem Abschrecken abgekühlt wurde.
  • Verschleißprüfungen
  • Verschleißprüfungen wurden an dem Flansch und dem Hauptteil der Kurbelwelle des Beispiels durchgeführt. Zusätzlich wurde die Verschleißprüfung an den Flanschen der Kurbelwellen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 durchgeführt. Die Eigenschaften des Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind wie folgt.
  • Beispiel
    • – Art des Stahls: Stahl entspricht S40C
    • – Behandlung nach dem Warmschmieden am Flansch: Abschrecken, am Hauptteil: Luftabkühlung
    • – Struktur der Oberflächenschicht des Flansches: Perlit (95 %), die des Hauptteils: Ferrit und Perlit
    • – Härte des Flansches: 240 Hv, die des Hauptteils: 180 Hv
  • Vergleichsbeispiel 1
    • – Art des Stahls: Stahl entspricht S50C
    • – Behandlung nach dem Warmschmieden am Flansch: Abschrecken
    • – Struktur und Oberflächenschicht des Flansches: Perlit
    • – Härte des Flansches: 260 Hv
  • Vergleichsbeispiel 2
    • – Art des Stahls: Stahl entspricht S40C
    • – Behandlung nach dem Warmschmieden am Flansch: Härten
    • – Struktur der Oberflächenschicht des Flansches: Martensit
    • – Härte des Flansches: 570 Hv
  • Bei der Verschleißprüfung wurde eine Kurbelwelle mit einer Flanschoberflächenrauheit von 3,2 S in eine richtige Maschine eingesetzt und ein pseudoverschlechtertes Öl wurde als ein Motorschmieröl verwendet. Das Verschleißausmaß des Flansches wurde gemessen, nach einem Betrieb von 150 Stunden unter den Bedingungen: Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle: 25 Meter/S, Öltemperatur: 100 °C und Material der Öldichtung: Silikonöl. Als ein pseudoverschlechtertes Öl kann ein Öl verwendet werden, bei dem 30 Gramm Tensid (Handelsbezeichnung: Emalgen, hergestellt von Kao Corporation), 300 Gramm Kohlenstoffpulver (Handelsbezeichnung: Seasist S-N 700, Teilchengröße 61 – 100 nm, hergestellt von Tokai Carbon Co. Ltd.) und 400 Gramm Aluminiumoxid (Handelsbezeichnung: A-D-20, Teilchengrößen 0,5 um, hergestellt von Fujimi Incorporated) in 15 Liter eines erhältlichen Motoröls gemischt wurden.
  • 6 zeigt das Verschleißausmaß des Flansches und des Hauptteils des Beispiels und der Flansche der Vergleichsbeispiele 1 und 2, welche unter den obigen Bedingungen erzeugt wurden. Wie aus 6 ersichtlich, wurde in der Kurbelwelle des Beispiels das Verschleißausmaß des Flan sches um etwa 30 % im Vergleich zum Verschleißausmaß des Hauptteils verringert und der Flansch zeigte eine hohe Verschleißfestigkeit. Zusätzlich war das Verschleißausmaß des Flansches des Beispiels etwa 25 % niedriger als das des Flansches des Vergleichsbeispiels 2 und es wurde bewiesen, dass der Flansch des Beispiels ein höheres Verschleißausmaß als das des gehärteten Materials besitzt. Obwohl Vergleichsbeispiel 1 das geringste Verschleißausmaß zeigte, da ein S50C entsprechender Stahl, in welchem der Kohlenstoffgehalt 0,1 % höher ist, verwendet wurde, wurde demonstriert, dass der Flansch des Beispiels dieselbe Verschleißfestigkeit wie die des Vergleichsbeispiels 1 besitzt.
  • Eine überlegene Bearbeitbarkeit, welche einen Ölgang usw. leicht ausbilden kann, und eine hohe Verschleißfestigkeit an einem Öldichtungsbefestigungsabschnitt können gleichzeitig erreicht werden. Ein Stahlmaterial 10A wird durch Warmschmieden in eine spezielle Form verdichtet ausgebildet und dann wird eine Oberflächenschicht eines Flansches 5, der ein Öldichtungsbefestigungsabschnitt ist, durch Abschrecken gehärtet, während der Pressling luftgekühlt wird. Eine Metallstruktur einer gesamten Kurbelwelle 10 wird in Ferrit und Perlit verwandelt, sodass das Perlit-Flächenverhältnis an der Oberflächenschicht des Flansches 5 75 bis 100 % beträgt und das Perlit-Flächenverhältnis des Hauptteils 8, ausgenommen des Flansches 5, 40 bis 60 % beträgt.

Claims (5)

  1. Aus Stahl bestehende Kurbelwelle, umfassend einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt (5) an einem ihrer Enden in der axialen Richtung, wobei die Kurbelwelle (10) durch Warmschmieden eines Materials (10A) verdichtet ist und eine Oberflächenschicht des Öldichtungsbefestigungsabschnitts (5) durch Abschrecken vor einem Luftabkühlverfahren gehärtet ist.
  2. Kurbelwelle gemäß Anspruch 1, wobei eine Metallstruktur Ferrit und Perlit umfasst und ein Perlit-Flächenverhältnis an einer Oberflächenschicht des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts (5) größer als das von anderen Abschnitten ist.
  3. Kurbelwelle gemäß Anspruch 2, wobei die Oberflächenschicht des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts (5) ein Perlit-Flächenverhältnis von 75 zu 100 % und die anderen Abschnitte ein Perlit-Flächenverhältnis von 40 bis 60 % besitzen.
  4. Herstellungsverfahren für eine Kurbelwelle, die einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt (5) an einem ihrer Enden in der axialen Richtung umfasst, umfassend: Verdichten eines aus Stahl bestehenden Materials (10A) in einer speziellen Form durch Warmschmieden, um einen Pressling (10) auszubilden, Härten einer Oberflächenschicht des Presslings (10) durch Abschrecken des Öldichtungsbefestigungsabschnitts (5) vor dem Luftkühlen des Presslings (10) und Bearbeiten des Presslings (10).
  5. Herstellungsverfahren für eine Kurbelwelle gemäß Anspruch 4, wobei das Abschrecken mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 bis 80°C/s durchgeführt wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1489682A (en) * 1923-01-22 1924-04-08 Wyman Gordon Co Method of and apparatus for heat treating steel articles
GB1219364A (en) * 1967-10-06 1971-01-13 Aeg Elotherm Gmbh Method and apparatus for improving the torsional fatigue strength of crankshafts
DE2350370A1 (de) * 1973-10-08 1975-04-17 Volkswagenwerk Ag Verfahren zum herstellen eines schmiedeteils aus stahl

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1489682A (en) * 1923-01-22 1924-04-08 Wyman Gordon Co Method of and apparatus for heat treating steel articles
GB1219364A (en) * 1967-10-06 1971-01-13 Aeg Elotherm Gmbh Method and apparatus for improving the torsional fatigue strength of crankshafts
DE2350370A1 (de) * 1973-10-08 1975-04-17 Volkswagenwerk Ag Verfahren zum herstellen eines schmiedeteils aus stahl

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